JP5773667B2 - 磁石ユニットおよびエレベータの磁気ガイド装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、磁気力を利用して移動体を非接触で支持する磁石ユニットと、この磁石ユニットを用いたエレベータの磁気ガイド装置に関する。

一般に、エレベータの乗りかごは、昇降路内に垂直方向に設置された一対のガイドレールに支持され、巻上機に巻きかけられたロープを介して走行動作する。その際、負荷荷重の不均衡や乗客の移動によって生じる乗りかごの揺動は、ガイドレールによって抑制される。

ここで、エレベータの乗りかごに用いられるガイド装置として、ガイドレールに接する車輪とサスペンションとで構成されたローラガイド、もしくは、ガイドレールに対して摺動して案内するガイドシュー等が用いられる。しかし、このような接触型のガイド装置では、ガイドレールの歪みや継ぎ目などで振動や騒音が発生し、また、ローラガイドが回転するときに騒音が発生する。このため、エレベータの快適性が損なわれるといった問題があった。

このような問題点を解決するために、非接触で乗りかごを案内する方法が提案されている。

すなわち、電磁石により構成された磁気ガイド装置を乗りかごに搭載し、鉄製のガイドレールに対して磁力を作用させて、乗りかごを非接触で案内する方法がある。これは、乗りかごの四隅に配置された電磁石がガイドレールを３方向から囲み、ガイドレールとガイド装置との間の空隙の大きさに応じて電磁石を励磁制御して、乗りかごをガイドレールに対して非接触に案内するものである。

また、上記電磁石を用いた構造で問題となる制御性の低下および消費電力の増大等を解決する手段として、永久磁石を用いる方法がある。永久磁石と電磁石を併用することにより、諸費電力を抑えつつ、低剛性・長ストロークで乗りかごを支持する磁気ガイド装置を実現できる。

さらに、永久磁石を用いた方法としては、永久磁石と電磁石の構成を改善し、電磁石による磁力制御性の向上等を図った構成も提案されている。

ここで、永久磁石と電磁石を併用する磁気ガイド装置においては、磁石ユニットの構成によって、性能と共に構造強度、組立性が大きく異なる。一般的な磁石ユニットの構成では、コイルが永久磁石と磁極の間に配置されている。つまり、磁石ユニットの中心付近にコイルが多数配置される。

特開平５−１７８５６３号公報 特開２００１−１９２８６号公報 特開２００５−３５０２６７号公報

磁石ユニットを構成する永久磁石やコイルには機械的な強度がないため、固定は鉄心部分で行うことが前提となる。しかし、鉄心部分にはコイルが巻かれているために、固定部材の配置が制限され、組み立てが困難である。また、鉄心の周りに巻回されたコイルの厚み部分を避けて磁石ユニットの上下に固定部材を設置しなければならず、高さ方向にサイズが大きくなり、固定強度も低くなりやすい。

本発明が解決しようとする課題は、制御性を損なうことなく、組み立てが容易で、固定強度が高く、小型化が可能な磁気ユニットおよびエレベータの磁気ガイド装置を提供することである。

本実施形態に係る磁石ユニットは、磁性部材に対して３方向から空隙を介して対向する磁極を有する永久磁石と鉄心とからなる内部磁石部と、この内部磁石部と磁性部材とで形成される磁気回路の外側に位置し、上記永久磁石の両磁極近傍に磁極を有する電磁石と鉄心とからなり、上記内部磁石部とは離間して配置され、上記磁性部材との間で上記内部磁石部とは別の磁気回路を形成する外部電磁石部と、上記内部磁石部と上記外部電磁石部を両者間の間隙を維持した状態で支持する支持部材とを備える。

本実施形態に係るエレベータの磁気ガイド装置は、磁性体を含むガイドレールと、このガイドレールに沿って移動する乗りかごと、この乗りかごの上記ガイドレールとの対向部に設置され、磁気力の作用により上記乗りかごを上記ガイドレールに対して非接触にて支持し、前記ガイドレールに対して３方向から空隙を介して対向する磁極を有する永久磁石と鉄心とからなる内部磁石部と、この内部磁石部とガイドレールとで形成される磁気回路の外側に位置し、上記永久磁石の両磁極近傍に磁極を有する電磁石と鉄心とからなり、上記内部磁石部とは離間して配置され、上記磁性部材との間で上記内部磁石部とは別の磁気回路を形成する外部電磁石部と、上記内部磁石部と上記外部電磁石部を両者間の間隙を維持した状態で支持する支持部材とを備えた磁石ユニットと、上記磁石ユニットの上記内部磁石部と上記外部電磁石部によって形成される磁気回路の状態を検出するセンサ部と、このセンサ部の検出信号に基づいて、上記磁石ユニットの磁気力を制御する制御手段とを具備して構成される。

図１は第１の実施形態に係る磁気ガイド装置をエレベータの乗りかごに適用した場合の構成を示す斜視図である。 図２は同実施形態における磁気ガイド装置の構成を示す斜視図である。 図３は同実施形態における磁気ガイド装置に設けられた磁石ユニットの構成を示す斜視図である。 図４は同実施形態における磁気ガイド装置の磁力制御を行うための磁気ガイド制御装置の構成を示すブロック図である。 図５は同実施形態における磁気ガイド装置に設けられた磁石ユニットの構成を上面から見た場合の平面図である。 図６は同実施形態における磁石ユニットがｘ方向に変位した状態を示す図である。 図７は同実施形態における磁石ユニットがｙ方向に変位した状態を示す図である。 図８は同実施形態における磁石ユニットがガイドレールに対して中立位置にあるときの磁束分布を示す図である。 図９は同実施形態における磁石ユニットがｘ方向に変位した場合の磁束分布を示す図である。 図１０は同実施形態における磁石ユニットがｙ方向に変位した場合の磁束分布を示す図である。 図１１は同実施形態における磁石ユニットの電磁石を永久磁石と同一方向に励磁したときの磁束分布を示す図である。 図１２は同実施形態における磁石ユニットの電磁石を永久磁石と逆方向に励磁したときの磁束分布を示す図である。 図１３は同実施形態における磁石ユニットの一方の電磁石を永久磁石と同一方向に励磁すると同時に、他方の電磁石を永久磁石ｂと逆方向に励磁した場合の磁束分布を示す図である。 図１４は同実施形態における磁石ユニットの電磁石を外部に配置して励磁した場合の特性を示す図である。 図１５は同実施形態における磁石ユニットの電流と磁力との関係を示す図である。 図１６は同実施形態における磁石ユニットを用いて磁気ガイド装置を構成した場合の斜視図である。 図１７は従来構成の磁石ユニットを示す斜視図である。 図１８は従来構成の磁石ユニットを用いて磁気ガイド装置を構成した場合の斜視図である。 図１９は同実施形態における磁気ガイド装置の構成を上面から見た場合の平面図である。 図２０は第２の実施形態に係る磁気ガイド装置の構成を示す斜視図である。 図２１は同実施形態における磁気ガイド装置の構成を上面から見た場合の平面図である。 図２２は第３の実施形態に係る磁石ユニットの構成を上面から見た場合の平面図である。

以下、図面を参照して実施形態を説明する。

（第１の実施形態）
図１は第１の実施形態に係る磁気ガイド装置をエレベータの乗りかごに適用した場合の構成を示す斜視図である。

エレベータの昇降路１内には、鉄製で強磁性体からなる一対のガイドレール２が立設されている。乗りかご４は、図示せぬ巻き上げ機に捲き掛けられたロープ３によって吊り下げられている。この乗りかご４は、上記巻上機の回転駆動に伴い、ガイドレール２に沿って昇降動作する。なお、図中の４ａはかごドアであり、乗りかご４が各階に着床したときに開閉動作する。

ここで、図１において、乗りかご４の左右方向をｘ、前後方向をｙ、上下方向をｚとする。

乗りかご４のかご枠４ｂの上下左右の四隅の連結部に、ガイドレール２に対向させて磁気ガイド装置５がそれぞれ取り付けられている。後述するように、この磁気ガイド装置５の磁力を制御することで、乗りかご４がガイドレール２から浮上して非接触で走行することができる。

図２は磁気ガイド装置５の構成を示す斜視図である。

磁気ガイド装置５は、磁石ユニット６とガイドレール２との間に形成される物理量（磁石ユニット６とガイドレール２との間の空隙）を検出するための複数個のギャップセンサ７と、それらを支持している台座８とで構成されている。また、ガイドレール２の乗りかごに対向した面、すなわちｘ方向に直交する面を第１ガイド面９ａとし、乗りかごの前後方向すなわちｙ方向に直交する面のうちかごドア４ａ側を第２ガイド面９ｂ、その反対側を第３ガイド面９ｃとする。

なお、磁気ガイド装置５は、図１に示したように乗りかご４のかご枠４ｂの上下左右の四隅の連結部に設けられており、それぞれに同様の構成である。

図３は磁気ガイド装置５に設けられた磁石ユニット６の構成を示す斜視図である。

磁石ユニット６は、内部磁石部１７と、一対の外部電磁石部１８ａ，１８ｂとで構成されている。

内部磁石部１７は、中央鉄心１１と、一対の側部鉄心１２ａ，１２ｂと、中央鉄心１１と側部鉄心１２ａ，１２ｂの間に介挿された２つの永久磁石１３ａ，１３ｂとで構成される。

中央鉄心１１は、ガイドレール２の第１ガイド面９ａに対向するように設置された端面を有する。側部鉄心１２ａ，１２ｂは、第２ガイド面９ｂおよび第３ガイド面９ｃに対向するように配置された端面を有する。

外部電磁石部１８ａ，１８ｂは、内部磁石部１７の両側面に配置され、コの字型の外部鉄心１４ａ，１４ｂとその外部鉄心１４ａ，１４ｂに巻回されたコイル１５ａ，１５ｂからなる第１電磁石１６ａ、第２電磁石１６ｂで構成される。

内部磁石部１７と外部磁石部１８ａ，１８ｂの間には非磁性材料からなるスペーサ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄが配置されており、それぞれの間に磁気的なギャップを形成している。

ここで、中央鉄心１１の第１ガイド面９ａに対向する端部を第１磁極１９ａとする。また、側部鉄心１２ａ，１２ｂにおける第２ガイド面９ｂ、第３ガイド面９ｃに対向する鉄心端部をそれぞれ第２磁極１９ｂ、第３磁極１９ｃとする。このような構成とすることで、第１磁極１９ａと、第２磁極１９ｂ、第３磁極１９ｃがガイドレール２を介して直交する構成となり、内部磁石部１７は全体としてＥ字形状に形成される。

このような構成において、コイル１５ａ，１５ｂを磁石ユニット６の外側に配置して外部磁石部１８ａ，１８ｂを構成している点が従来構成と異なる。また、内部磁石部１７と外部磁石部１８ａとの間に非磁性体のスペーサ２０ａ，２０ｂを介在させ、内部磁石部１７と外部磁石部１８ｂとの間に非磁性体のスペーサ２０ｃ，２０ｄを介在させている点が従来構成と異なる。なお、本実施形態の構成と従来構成との違いについては、後に図１７を参照して詳しく説明する。

磁石ユニット６は、３つの磁極１９ａ、１９ｂ、１９ｃをガイドレール２の各ガイド面９ａ，９ｂ，９ｃに空隙を介して対向させるように乗りかご４に設置される。したがって、磁石ユニット６の各磁極１９ａ、１９ｂ、１９ｃとガイドレール２の各ガイド面９ａ，９ｂ，９ｃとの間には、永久磁石１３ａ，１３ｂおよび各電磁石１６ａ、１６ｂに起因する磁束が形成され、空隙の大きさとコイル１５ａ，１５ｂに流れる電流に応じて所定の磁力が発生することになる。

これにより、各電磁石１６ａ、１６ｂのコイル１５ａ，１５ｂに流す電流を操作することで、この磁石ユニット６とガイドレール２との間に生じる磁力を任意に操作することが可能となる。したがって、ギャップセンサ７等によって検出された磁石ユニット６の磁気回路の状態量をもとに計算した電圧をコイル１５ａ，１５ｂに励磁し、磁力を適切に制御することで、ガイドレール２と磁気ガイド装置５（乗りかご４）とを接触させることなく安定して支持することができる。

図４は磁気ガイド装置５の磁力制御を行うための磁気ガイド制御装置２１の構成を示すブロック図である。

磁気ガイド制御装置２１は、センサ部２２と、制御演算器２３と、ドライバ２４とを備え、乗りかご４の四隅に設置された磁石ユニット６の吸引力を制御する。なお、図４では、便宜的にセンサ部２２を含めて示されているが、実際にはセンサ部２２は、その一部を磁気ガイド装置５等の制御装置外部に設けられている。

センサ部２２は、磁石ユニット６の磁気回路の状態を検出するためのものであり、磁石ユニット６とガイドレール２との間の空隙の大きさを検出するギャップセンサ７と、外部電磁石部１８ａ，１８ｂのコイル１５ａ，１５ｂに流れる電流値を検出する電流センサ２５とで構成されている。

制御演算器２３は、センサ部２２からの信号に基づいて乗りかご４を非接触案内させるべく、外部電磁石部１８ａ，１８ｂのコイル１５ａ，１５ｂに印加する電圧を演算する。

ドライバ２４は、制御演算器２３の出力に基づいて外部電磁石部１８ａ，１８ｂのコイル１５ａ，１５ｂに電力を供給する。

このような構成において、磁石ユニット６とガイドレール２との間に所定のギャップ長を維持させるべく、コイル１５ａ，１５ｂに流れる電流値を制御する。また、非接触で乗りかご４を支持した状態で、コイル１５ａ，１５ｂに流れる電流値を積分器を介してフィードバックする。これにより、定常状態にあるときには、乗りかご４の重量および不平衡力の大きさに関わらず永久磁石１３ａ，１３ｂだけの磁力で乗りかご４を支持する、いわゆる「ゼロパワー制御」が行われる。

このゼロパワー制御によって、乗りかご４がガイドレール２に対して非接触で安定に支持される。そして、定常状態では、コイル１５ａ，１５ｂに流れる電流は零に収束し、安定支持に必要となる力は永久磁石１３ａ，１３ｂの磁力だけで済むようになる。

これは、乗りかご４の重量やバランスが変化した場合でも同様である。すなわち、乗りかご４に何らかの外力が加えられた場合、磁石ユニット６とガイドレール２との間の空隙を所定の大きさに収束させるために、過渡的にコイル１５ａ，１５ｂに電流が流れる。しかし、再度安定状態になった際には、上記制御手法を用いることにより、コイル１５ａ，１５ｂに流れる電流は、零に収束する。そして、乗りかご４に加わる荷重と、永久磁石１３ａ，１３ｂの磁力によって発生する吸引力とが釣り合う大きさの空隙が形成される。

本実施形態における磁石ユニット６の構成を上面から見た場合の平面図を図５に示す。また、図中に磁石ユニット６およびガイドレール２を通過する主磁束の概略を破線で示す。

磁石ユニット６の中で主磁束を形成する内部磁石部１７がガイドレール２の近傍に配置されている。そのため、永久磁石１３ａ，１３ｂによって形成される永久磁石磁束３１ａの磁路が比較的短くなり、全体的な磁気抵抗が小さくなる。したがって、永久磁石１３ａ，１３ｂの磁力を従来よりも強くガイドレール２に作用させることができるようになる。つまり、永久磁石１３ａ，１３ｂの大きさが同等の場合にはより強い磁力を作用させることができる。一方、必要な磁力を同等とすれば、小さな永久磁石１３ａ，１３ｂでその磁力を実現できるようになる。

さらに、永久磁石１３ａ，１３ｂによって形成される磁路の外側に電磁石１６ａ，１６ｂを配置し、電磁石１６ａ，１６ｂとガイドレール２とによって形成される磁束の磁路を電磁石磁束３２ａ，３２ｂとする。その際、電磁石１６ａ，１６ｂの磁極を永久磁石１３ａ，１３ｂの磁極近傍に配置することにより、電磁石磁束３２ａ，３２ｂの一部が、永久磁石磁束３１ａ〜３１ｄと重なるように形成することができる。結果的に、ガイドレール２と磁極１９ａ，１９ｂ，１９ｃとの間の空隙を通過する磁束は、永久磁石磁束３１ａ，３１ｂと電磁石磁束３２ａ，３２ｂとが共存する配置となる。

このように、磁石ユニット６の内側に永久磁石１３ａ，１３ｂ、外側に電磁石１６ａ，１６ｂを配置して、内部磁石部１７で永久磁石１３ａ，１３ｂに起因する磁力を形成すると共に、外部電磁石部１８ａ，１８ｂで電磁石１６ａ，１６ｂに起因する磁力を形成する。これにより、電磁石１６ａ，１６ｂの磁力を制御することで、ガイドレール２に対する磁石ユニット６の磁力を調整し、位置を制御できるようになる。

ここで、本実施形態の磁石ユニット６がガイドレール２に作用させる磁力の様子を詳細に説明する。

（ａ）中立状態
図５には、中立位置における磁石ユニット６とガイドレール２との間に形成される主磁束の概要を示している。電磁石１６ａ，１６ｂを励磁していない場合には、永久磁石１３ａ，１３ｂにより形成される磁束は、ガイドレールとの間で形成される永久磁石磁束３１ａ、３１ｂと、外部電磁石部１８ａ，１８ｂとの間で形成される永久磁石磁束３１ｃ、３１ｄの２つに大きく分離される。

磁石ユニット６とガイドレール２との相対的な位置関係が中立状態にあるときには、内部磁石部１７と外部電磁石部１８ａ，１８ｂとの間に介在された非磁性体のスペーサ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄが磁気抵抗となり、磁束の大半が外部電磁石部１８ａ，１８ｂ側に流入することがない。

その際、スペーサ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄによる非磁性部分の距離を磁石ユニット６とガイドレール２とが中立位置にあるときに形成されるすき間の距離と同等かそれ以上の距離とすることで、外部電磁石部１８ａ，１８ｂ側に形成される永久磁石磁束３１ｃ、３１ｄが大きくなりすぎないようにすることが望ましい。

（ｂ）ｘ方向に変位した状態
図６は磁石ユニット６がｘ方向に変位した状態を示す図である。

磁石ユニット６（乗りかご４）がｘ方向に変位してガイドレール２に近づいた場合、第１ガイド面９ａおよび第１磁極１９ａを通過する磁束が強くなり、ｘ方向の吸引力が強まる。

（ｃ）ｙ方向に変位した状態
図７は磁石ユニット６がｙ方向に変位した状態を示す図である。

磁石ユニット６がｙ方向に変位してガイドレール２に近づいた場合、第２ガイド面９ｂおよび第２磁極１９ｂの部分の磁気ギャップが小さくなり、永久磁石磁束３１ａに寄与する磁気抵抗が小さくなると共に、永久磁石磁束３１ｃに寄与する磁気抵抗が相対的に大きくなる。したがって、外部電磁石部１８ａ，１８ｂａ側に回る磁束が相対的に小さくなり、大部分の磁束が磁石ユニット６とガイドレール２との間で形成されることになる。

一方、第３ガイド面９ｃと第３磁極１９ｃとの間のギャップが広がるため、磁気抵抗が大きくなり、永久磁石磁束３１ｂは弱まると共に、永久磁石磁束３１ｄの磁束が強まる。そのため、結果的にｙ方向に作用する力は第２ガイド面９ｂおよび第２磁極間１９ｂでは強まり、第３ガイド面９ｃおよび第３磁極１９ｃ間では弱まり、ｙ方向の磁力を得ることができる。

このとき、変位に対する磁力の変化割合は、外部電磁石部１８ａ，１８ｂがない従来構成の場合には、単純に磁気回路中の磁気抵抗が磁石ユニット６とガイドレール２との間の距離で変化する分のみで変化し、それに応じた磁束の変化量として得られていた。

これに対し、本実施形態の構成では、磁石ユニット６とガイドレール２との間の磁気抵抗が大きくなって磁束が弱まると同時に、外部電磁石部１８ａ，１８ｂに回る磁束が多くなることで、より顕著に磁束の変化が生じることになる。したがって、従来構成よりも磁力の変化割合を大きくとることができるようになり、結果的に磁石ユニット６の小型化が可能となる。

次に、図８〜図１０を参照して、上記各状態における磁石ユニット６の磁束分布について説明する。

（ａ）中立状態
図８は磁石ユニット６がガイドレール２に対して中立位置にあるときの磁束分布を示す図である。矢印が磁束の方向を示す。

電磁石１６ａ，１６ｂを励磁していない状態で、磁石ユニット６がガイドレール２に対して中立位置にある場合には、永久磁石１３ａ，１３ｂにより形成される磁束はガイドレール２と内部磁石部１７との間で形成されると共に、外部電磁石部１８ａ，１８ｂにも略均等に形成される。

（ｂ）ｘ方向に変位した状態
図９は磁石ユニット６がｘ方向に変位した場合の磁束分布を示す図である。矢印が磁束の方向を示す。

磁石ユニット６（乗りかご４）がｘ方向に変位し、磁石ユニット６とガイドレール２との間のｘ方向の距離が短くなった場合には、第１ガイド面９ａと第１磁極１９ａとの間の磁気抵抗が小さくなり、磁束が強まることで、ｘ方向の磁力が増加する。

（ｃ）ｙ方向に変位した状態
図１０は磁石ユニット６がｙ方向に変位した場合の磁束分布を示す図である。矢印が磁束の方向を示す。

磁石ユニット６がｙ方向に変位した場合には、磁石ユニット６の第２ガイド面９ｂと第２磁極１９ｂとの間のｙ方向の距離が短くなる。そのため、第２ガイド面９ｂと第２磁極１９ｂとの間の磁気抵抗が小さくなり、外部電磁石部１８ａ，１８ｂ側に回る磁束よりも、内部磁石部１８ａ，１８ｂとガイドレール２との間に回る磁束が強まる。一方で、距離が離れた第３ガイド面９ｃと第３磁極１９ｃとの間では磁気抵抗が大きくなり、相対的に磁気抵抗が小さな外部電磁石部１８ａ，１８ｂ側に磁束が回るため、結果的に大きな力がｙ方向に作用することになる。

次に、図１１〜図１４を参照して、磁石ユニット６の電磁石１６ａ，１６ｂを励磁した場合について説明する。

（ａ）同一方向に励磁
図１１は磁石ユニット６の電磁石１６ａ，１６ｂを永久磁石１３ａ，１３ｂと同一方向に励磁したときの磁束分布を示す図である。矢印が磁束の方向を示す。

磁石ユニット６の電磁石１６ａ，１６ｂを永久磁石１３ａ，１３ｂと同一方向に磁束が形成されるように励磁した場合には、図１１のように磁束が形成される。このとき、電磁石１６ａ，１６ｂの励磁前は外部電磁石部１８ａ，１８ｂに回っていた永久磁石１３ａ，１３ｂの磁束が外部鉄心１４ａ，１４ｂに流れにくくなる。それに伴い、内部磁石部１７とガイドレール２との間の磁束が強まることになる。

すなわち、電磁石１６ａ，１６ｂを永久磁石１３ａ，１３ｂと同一方向に励磁した場合には、全ガイド面９ａ，９ｂ，９ｃと全磁極１９，１９ｂ，１９ｃとの間の磁束が強まる。このため、第２ガイド面９ｂと第２磁極１９ｂに作用する磁力と、第３ガイド面９ｃと第３磁極１９ｃに作用する磁力とが相殺され、結果的に第１ガイド面９ａと第１磁極１９ａとの間で増加する磁力のみが影響を及ぼす。これにより、ｘ方向の磁力を得ることができる。

（ｂ）逆方向に励磁
図１２は磁石ユニット６の電磁石１６ａ，１６ｂを永久磁石１３ａ，１３ｂと逆方向に励磁したときの磁束分布を示す図である。矢印が磁束の方向を示す。

電磁石１６ａ，１６ｂを永久磁石１３ａ，１３ｂと逆向きに励磁した場合には、図１２のような磁束分布となる。すなわち、永久磁石１３ａ，１３ｂで形成される磁束が外部電磁石１８ａ，１８ｂ側に引き込まれる。そのため、各ガイド面９ａ，９ｂ，９ｃと各磁極１９，１９ｂ，１９ｃとの間に形成される磁束が弱まり、磁力を低減させることができる。この場合、ｙ方向の磁力変化は相殺されるため、結果的にｘ方向の磁力を減少させることができる。

（ｃ）一方を同一方向、他方を逆方向に励磁
図１３は磁石ユニット６の一方の電磁石１６ａを永久磁石１３ａと同一方向に励磁すると同時に、他方の電磁石１６ｂを永久磁石１３ｂと逆方向に励磁した場合の磁束分布を示す図である。矢印が磁束の方向を示す。

電磁石１６ａを永久磁石１３ａと同一方向に励磁すると同時に、反対側の電磁石１６ｂを永久磁石１３ｂと逆方向に励磁した場合、永久磁石１３ａで形成される磁束は、電磁石１６ａの作用により、第２ガイド面９ｂと第２磁極１９ｂの間に作用することになる。

一方、永久磁石１３ｂで形成される磁束は、電磁石１６ｂの作用により、第３磁極１９ｃ側には回りにくくなり、外部鉄心１４ｂ側に引き込まれて、第３ガイド面９ｃとの間の磁力は弱まる。結果的に、ｙ方向の磁力を得ることができる。また、電磁石１６ａと電磁石１６ｂを逆向きに励磁することによって、−ｙ方向の力を得ることもできる。

次に、本実施形態のように磁石ユニット６の電磁石１６ａ，１６ｂを外部に配置して励磁した場合の特性について説明する。

図１４は磁石ユニット６の電磁石１６ａ，１６ｂを外部に配置して励磁した場合の特性を示す図である。矢印が磁束の方向を示す。また、図１５は磁石ユニット６の電流と磁力との関係を示す図である。図中のａが本実施形態の特性、ｂが従来構成の特性を示している。

本実施形態のように、磁石ユニット６の電磁石１６ａ，１６ｂを外部に配置して励磁した場合には、従来構成のように電磁石１６ａ，１６ｂを永久磁石１３ａ，１３ｂの磁気回路中に配置した構成とは異なる特性を得ることができる。

すなわち、図１４に示すように磁石ユニット６がｙ方向に変位し、さらに電磁石１６ａ，１６ｂを−ｙ方向の磁力を得るように励磁した場合に、ガイドレール２に近い方の第２磁極１９ｂにほとんど磁束が形成されない状態を作ることができる。

この状態から、さらにコイル１５ａ，１５ｂに流す電流を大きくしていき、第２ガイド面９ｂと第２磁極１９ｂとの間の磁力を弱めると共に、第３ガイド面９ｃと第３磁極１９ｃとの間の磁束を強めていくものとする。

このような場合、磁極近傍にコイルが配置された従来構成では、磁極の極性が反転し、弱めていた磁力を強める方向に逆転してしまう。つまり、図１５の破線で示す特性ｂのように、電流を大きくしていく途中で逆向きの磁力が生じる。このため、電流の上限値を磁力反転前までに設定しておく必要などがあり、制御が難しくなるといった欠点がある。

これに対し、本実施形態の構成では、さらに大きな電流を流した場合でも、図１４に示すような状態で永久磁石１３ａと外部鉄心１４ａとの間で磁束が強まるだけであり、第２磁極１９ｂの極性を反転させて磁束を強めることがほとんどない。したがって、図１５の実線で示す特性ａとなり、電流を上げても磁力の向きが反転せず、制御しやすいといった利点がある。この特性はｘ方向にも同様の効果を得ることができ、磁力を弱める際に磁極の極性が反転し、強めてしまうことを避けられる。

図１６は本実施形態における磁石ユニット６を用いて磁気ガイド装置５を構成した場合の斜視図である。なお、磁石ユニット６の構成については図３と同様であり、各部の符号は省略する。

磁気ガイド装置５として構成するために、磁石ユニット６の形状を固定すると共に、センサ等を配置するためのユニット上板４１とユニット下板４２とで磁石ユニット６の上下を挟み込む。

ユニット上板４１とユニット下板４２の外面上には、センサ台４３を介してギャップセンサ７が設置される。このギャップセンサ７によって、ガイドレール２と磁石ユニット６との相対的な距離を検出する。このとき、磁石ユニット６の内部磁石部１７の上下に平面が確保されている。このため、ユニット上板４１とユニット下板４２を磁石ユニット６に直接固定することができると共に、ユニット上板４１およびユニット下板４２の面上に図１６に示すようなギャップセンサ７およびセンサ台４３を配置するスペースを確保することができる。

また、ユニット上板４１およびユニット下板４２には、低摩擦樹脂からなるガイド４４が設けられている。このガイド４４は、ガイドレール２と接触したときに磁石ユニット６を保護すると共に、接触時の固体潤滑としての役割を持つ。

なお、締結ボルト４５によって磁石ユニット６の鉄心１１、１２ａ，１２ｂをユニット上板４１、ユニット下板４２に固定すると共に、外部電磁石部１８ａ，１８ｂの外部鉄心１４ａ，１４ｂも同様に固定することで、磁石ユニット６の形状を強固に確保することができる。

締結ボルトの固定位置の一例を図１９に示す。図１９は磁気ガイド装置５の構成を上面から見た場合の平面図である。締結ボルト４６によって台座８と鉄心１１を強固に固定することができるため、磁気ガイド装置５全体の剛性を十分に高めることができる。

ここで、図１７および図１８を参照して、従来構成の磁石ユニットと本実施形態の構成の磁石ユニットとの違いについて説明する。

図１７は従来構成の磁石ユニットを示す斜視図、図１８は従来構成の磁石ユニットを用いて磁気ガイド装置を構成した場合の斜視図である。従来構成の磁石ユニットを６’で示し、その磁石ユニットを用いた磁気ガイド装置を５’で示す。

図１７に示すように、磁石ユニット６’は、永久磁石１３ａ，１３ｂと磁極との間にコイル１５ａ’〜１５ｄ’が配置されている。この磁石ユニット６’にユニット上板４１およびユニット下板４２を設置するためには、コイル１５ａ’〜１５ｄ’によって形成される段差を回避して平面を構成しなければならない。そこで、図１８に示すように、固定冶具５０を介在させてコイル１５ａ’〜１５ｄ’の高さ分の嵩上げを行う。

このような固定冶具５０を用いて磁気ガイド装置５’を構成した場合、部品点数が増加するばかりではなく、磁石ユニット６’を組み立てる際に基準面を確保することが困難であり、組み立て性が損なわれる。

また、磁石ユニット６’に直接接触している部品は固定冶具５０のみとなるため、この固定冶具５０によって磁石ユニット６’を強固に固定する必要がある。しかし、磁石ユニット６’の永久磁石１３ａ，１３ｂの近傍は比較的強固に固定することができるが、磁極近傍については、コイル１５ａ，１５ｂを避けて固定しなければならないため、スペースを確保することが難しい。また、固定の基礎となる部品が近傍にないために、強固に固定することが困難である。強固に固定するにしても、さらに冶具を用いてユニット上板４１およびユニット下板４２との間を埋める必要があるため、十分な強度を得ることが難しい。

また、コイル１５ａ’〜１５ｄ’の上下にユニット上板４１およびユニット下板４２を配置するため、磁気ガイド装置５’全体の高さが高くなり、装置の大型化、重量の増加の要因となって、乗りかご４への据付性が低下する。

また、コイル１５ａ’，１５ｃ’がガイドレール２の側にあることで、寸法上の制約となり、コイル１５ａ’，１５ｃ’を大きくすることができない。何らかの要因でガイドレール２に磁石ユニット６’が接触した際、コイル１５ａ’，１５ｃ’が触れることで破損や断線するといった可能性がある。

一方、本実施形態の磁石ユニット６を用いて磁気ガイド装置５を構成した場合には、ユニット上板４１およびユニット下板４２を鉄心１１、１２ａ，１２ｂに直接接触させることができるので組み立てが簡単である。また、磁極先端に至るまで強固に固定することができると共に、磁気ガイド装置５の高さを従来よりも低くすることができる。したがって、結果的に装置の小型化と共に部品点数の削減、重量の低減を図ることが可能となる。また、コイル１５ａ，１５ｂがガイドレール２に面していないことから、コイル１５ａ，１５ｂが何らかの要因により破損や断線といった可能性を低減することができる。

なお、本実施形態では、スペーサ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄの形状を直方体としたブロックで構成しているが、非磁性材料であれば、その形状は特に関係しない。すなわち、内部磁石部１７と外部電磁石部１８ａ，１８ｂとの間に非磁性部分あるいは空隙を確保することができれば、どのような介在物を用いてもよい。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について説明する。

図２０は第２の実施形態に係る磁気ガイド装置５の構成を示す斜視図である。図２１は同実施形態における磁気ガイド装置５の構成を上面から見た場合の平面図である。なお、磁石ユニット６の構成については図３と同様であり、各部の符号は省略する。

上記第１の実施形態では、磁石ユニット６をユニット上板４１およびユニット下板４２によって固定する構成とした。これに対し、第２の実施形態では、図２０および図２１に示すように、磁石ユニット６の外部電磁石部１８ａ，１８ｂを内部磁石部１７にスペーサ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄを介して固定した上で磁気ガイド装置５を構成する。

この場合、外部電磁石部１８ａ，１８ｂの外部鉄心１４ａ，１４ｂおよびスペーサ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄに貫通した穴をあけ、その穴を通したボルト４７によって内部磁石部１７の中央鉄心１１および側部鉄心１２ａ，１２ｂに固定することができる。

このように構成することによって、ユニット上板４１およびユニット下板４２を取り付ける前に、磁石ユニット６の全体の形状を確立することができる。このため、組み立て性が向上すると共に、スペーサ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄを介して内部磁石部１７に対して電磁石１６ａ，１６ｂの相対的な位置を精度よく固定することができる。これにより、組み立て性による特性のばらつきを抑えることができる。

また、第２の実施形態のように、外部電磁石部１８ａ，１８ｂを内部磁石部１７に直接固定した場合には、ユニット上板４１およびユニット下板４２を上記第１の実施形態のようにコイル１５ａ，１５ｂを避けて両側部を切り欠いた形状とする必要はなく、内部磁石部１７の上下面にのみ固定する形状としてもよい。

（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態について説明する。
図２２は第３の実施形態に係る磁石ユニット６の構成を上面から見た場合の平面図である。

上記第１および第２の実施形態では、磁石ユニット６の内部磁石部１７の両側部に外部電磁石部１８ａ，１８ｂを配置する構成とした。この場合、永久磁石１３ａ，１３ｂは、第１磁極１９ａを挟んで両側に、第１磁極１９ａと平行に磁極を形成する向きに配置される。また、外部電磁石部１８ａ，１８ｂは、永久磁石１３ａ，１３ｂの外側にスペーサ２０を介して第１磁極１９ａと平行に磁極を形成する向きに配置される。

これに対し、第３の実施形態では、図２２に示すように、永久磁石１３ａ，１３ｂをガイドレール２と直交する向きに配置している。すなわち、永久磁石１３ａ，１３ｂは、第１磁極１９ａを挟んで両側に第２磁極１９ｂと第３磁極１９ｃと平行に磁極を形成する向きに配置される。

また、外部電磁石部１８は、その永久磁石１３ａ，１３ｂの外側つまりガイドレール２の反対側にスペーサ２０を介して第２磁極１９ｂ，第３磁極１９ｃと平行に磁極を形成する向きに配置される。

このような構成において、上記第１の実施形態と同様に、２つの電磁石１６ａ，１６ｂをそれぞれ励磁することによって、ｘ方向およびｙ方向の磁力を制御することができる。

このように、ガイドレール２の反対側に永久磁石１３ａ，１３ｂと外部電磁石部１８を配置した構成にすることで、磁石ユニット６のｙ方向の長さを短くすることができる。また、上記第１および第２の実施形態の構成では左右に分割されていた外部鉄心１４ａ，１４ｂを１つの外部鉄心１４に一体化することができ、部品点数を削減することができるなどの利点がある。

以上のように少なくとも１つの実施形態によれば、制御性を損なうことなく、組み立てが容易で、固定強度が高く、小型化が可能な磁気ユニットおよびエレベータの磁気ガイド装置を提供することができる。

なお、上記各実施形態では、エレベータの乗りかごを例にして説明したが、本発明は磁気力を利用して移動体を非接触で支持するものであれば、そのすべてに適用可能である。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…昇降路、２…ガイドレール、３…ロープ、４…乗りかご、４ａ…かごドア、５…磁気ガイド装置、６…磁石ユニット、７…ギャップセンサ、８…台座、９ａ…第１ガイド面、９ｂ…第２ガイド面、９ｃ…第３ガイド面、１１…中央鉄心、１２ａ，１２ｂ…側部鉄心、１３ａ，１３ｂ…永久磁石、１４ａ，１４ｂ…外部鉄心、１５ａ，１５ｂ…コイル、１６ａ，１６ｂ…電磁石、１７…内部磁石部、１８ａ，１８ｂ…外部磁石部、１９ａ…第１磁極、１９ｂ…第２磁極、１９ｃ…第１磁極、２０ａ〜２０ｄ…スペーサ、２１…制御装置、２２…センサ部、２３…演算器、２４…ドライバ、２５…電流検出器、３１ａ〜３１ｄ…永久磁石磁束、３２ａ，３２ｂ…電磁石磁束、４１…ユニット上板、４２…ユニット下板、４３…センサ台、４４…ガイド、４５〜４７…締結ボルト、５０…固定冶具。

Claims (10)

1. 磁性部材に対して３方向から空隙を介して対向する磁極を有する永久磁石と鉄心とからなる内部磁石部と、
   この内部磁石部と上記磁性部材とで形成される磁気回路の外側に位置し、上記永久磁石の両磁極近傍に磁極を有する電磁石と鉄心とからなり、上記内部磁石部とは離間して配置され、上記磁性部材との間で上記内部磁石部とは別の磁気回路を形成する外部電磁石部と、
   上記内部磁石部と上記外部電磁石部を両者間の間隙を維持した状態で支持する支持部材と
   を備えたことを特徴とする磁石ユニット。
2. 上記内部磁石部は、
   上記磁性部材の一面に対向する第１磁極と、この第１磁極とは異なる極性で、上記第１磁極とほぼ直交し、かつ上記磁性部材を介して互いに対向するように配置された同極の第２および第３磁極とを有し、上記第１、第２及び第３磁極を端部としたＥ字形状となるように構成され、
   上記第１磁極と上記第２磁極との間、上記第１磁極と上記第３磁極との間に上記永久磁石が介在されており、
   上記外部電磁石部は、
   上記内部磁石部の上記永久磁石の両磁極の近傍に磁極を有し、かつ、上記内部磁石部との間に非磁性体のスペーサが介在されていることを特徴とする請求項１記載の磁石ユニット。
3. 上記スペーサによる非磁性部分の距離は、上記磁性部材が上記内部磁石部磁極との間で中立位置にあるときに形成されるすき間と同等あるいはそれ以上であることを特徴とする請求項２記載の磁石ユニット。
4. 上記内部磁石部の上記永久磁石は、
   上記第１磁極と平行に磁極を形成する向きに配置され、
   上記外部電磁石部の上記電磁石は、
   上記永久磁石の外側に上記スペーサを介して上記第１磁極と平行に磁極を形成する向きに配置されていることを特徴とする請求項２記載の磁石ユニット。
5. 上記内部磁石部の上記永久磁石は、
   上記第２および第３磁極と平行に磁極を形成する向きに配置され、
   上記外部電磁石部の上記電磁石は、
   上記永久磁石の外側に上記スペーサを介して上記第２および第３磁極と平行に磁極を形成する向きに配置されていることを特徴とする請求項２記載の磁石ユニット。
6. 上記外部電磁石部は、
   上記内部磁石部に対して上記スペーサを挟んでボルトで締結されていることを特徴とする請求項２記載の磁石ユニット。
7. 上記内部磁石部の一部と締結された固定板が配置され、上記内部磁石部をＥ字形状に固定する構成となっていることを特徴とする請求項２記載の磁石ユニット。
8. 上記内部磁石部の一部と上記外部電磁石部の一部とを締結した固定板が配置され、上記内部磁石部をＥ字形状に固定すると共に上記外部電磁石部を固定する構成となっていることを特徴とする請求項２記載の磁石ユニット。
9. 磁性体を含むガイドレールと、
   このガイドレールに沿って移動する乗りかごと、
   この乗りかごの上記ガイドレールとの対向部に設置され、磁気力の作用により上記乗りかごを上記ガイドレールに対して非接触にて支持し、前記ガイドレールに対して３方向から空隙を介して対向する磁極を有する永久磁石と鉄心とからなる内部磁石部と、この内部磁石部と上記ガイドレールとで形成される磁気回路の外側に位置し、上記永久磁石の両磁極近傍に磁極を有する電磁石と鉄心とからなり、上記内部磁石部とは離間して配置され、上記磁性部材との間で上記内部磁石部とは別の磁気回路を形成する外部電磁石部と、上記内部磁石部と上記外部電磁石部を両者間の間隙を維持した状態で支持する支持部材とを備えた磁石ユニットと、
   上記磁石ユニットの上記内部磁石部と上記外部電磁石部によって形成される磁気回路の状態を検出するセンサ部と、
   このセンサ部の検出信号に基づいて、上記磁石ユニットの磁気力を制御する制御手段と
   を具備したことを特徴とするエレベータの磁気ガイド装置。
10. 上記制御手段は、
    上記センサ部で検出された状態量に基づいて、上記電磁石の電流をゼロに収束させながら上記磁気ユニットの上記内部磁石部と上記外部電磁石部によって形成される磁気回路が安定するように制御することを特徴とする請求項９記載のエレベータの磁気ガイド装置。

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